DE69226947T2

DE69226947T2 - FOCUSING DEVICE FOR CATHODE RAY TUBES

Info

Publication number: DE69226947T2
Application number: DE69226947T
Authority: DE
Inventors: John Randolph Fleet Hampshire Gu13 9Sr Banbury
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1991-03-05
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2012-02-28
Also published as: JPH06505354A; DE69226947D1; WO1992016007A1; US5489814A; CA2104875A1; EP0574447A1; GB9104649D0; EP0574447B1; KR100255090B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Fokussierung eines Elektronenstrahls, der von der Kathode einer Kathodenstrahlröhre (crt) erzeugt und durch Elektroden, wie z. B. ein Gitter und eine oder mehrere Anoden, gesteuert wird, um auf einem Bildschirm ein Bild (einen Punkt) zu bilden. Ein herkömmliches Mittel zu diesem Zweck ist eine Elektrode, deren Potential, gewöhnlich in der Größenordnung von mehreren Kilovolt, in gewissen Grenzen veränderbar ist, um Änderungen bezüglich Herstellungstoleranzen, Röhrenabmessungen und Anordnung der Komponenten innerhalb der Röhre und, im Bedarfsfall, bezüglich der Drift von Energiequellen-Ausgangssignalen, die das den anderen Elektroden zugeführte Potential beeinflussen, zu berücksichtigen.The invention relates to an apparatus for focusing an electron beam generated by the cathode of a cathode ray tube (CRT) and controlled by electrodes such as a grid and one or more anodes to form an image (a dot) on a display screen. A conventional means for this purpose is an electrode whose potential, usually of the order of several kilovolts, is variable within certain limits to take account of variations in manufacturing tolerances, tube dimensions and arrangement of components within the tube and, if necessary, of drift in power source output signals which affect the potential applied to the other electrodes.

Während es relativ unkompliziert ist, Mittel für derartige, gelegentlich auftretende Änderungen des Potentials der Fokussierungselektrode vorzusehen, treten bei der Verwendung von Mitteln für eine schnelle und kontinuierliche Änderung eines hohen Potentials von gewöhnlich mehreren Kilovolt, das normalerweise der Fokussierungselektrode zugeführt wird, Probleme auf.While it is relatively straightforward to provide means for such occasional changes in the potential of the focusing electrode, problems arise when using means for rapidly and continuously changing a high potential, usually several kilovolts, that is normally applied to the focusing electrode.

Eine solche Änderung wäre erforderlich, um eine dynamische Fokussierung zu vereinfachen, d. h. eine scharfe Fokussierung zu gewährleisten, wenn der Punkt sich nicht nur in der Mitte des Bildschirms, sondern auch auf dessen Umfang an den Rändern seiner Rasterabtastung befindet. Diese Vereinfachung wird insbesondere im Hinblick auf den Trend zu flacheren und rechteckigeren Röhren gefordert, die, obwohl sie dem Beobachter ein weniger gestörtes Bild vermitteln, eher größere Probleme beim Aufrechterhalten der Punktfokussierung in den Bildschirmecken sowie bei der Verwendung von Röhren mit starker Grundhelligkeit bereiten, die beispiels weise für Cockpitdisplays von Flugzeugen u. ä. gefordert werden und deren Elektronenstrahlen eine reduzierte Fokussierungstiefe aufweisen. Vereinfachungen der dynamischen Fokussierung werden in Kathodenstrahlröhren erreicht, die in den Patentanmeldungen JP-A-59-090343 und EP-A-033245 beschrieben sind und die dynamische Elektroden aufweisen, die mit Potentialen in der Größenordnung von mehreren hundert Volt arbeiten. Wie in der Patentanmeldung EP-A-0319328 beschrieben, ist es bei einfachen Anordnungen ohne derartige Fokussierungsanoden bekannt, daß ein hohes Potential der ersten Anode den Fokussierungspunkt reduziert, der zur ungewünschten Änderung der Fokussierung führt.Such a change would be necessary to facilitate dynamic focusing, i.e. to ensure sharp focusing when the point is not only in the centre of the screen but also on its perimeter at the edges of its raster scan. This simplification is particularly required in view of the trend towards flatter and more rectangular tubes which, although they give the observer a less distorted image, tend to cause greater problems in maintaining point focusing in the corners of the screen and when using tubes with a strong background brightness, which for example eg required for cockpit displays of aircraft and the like, and whose electron beams have a reduced depth of focus. Simplifications of dynamic focusing are achieved in cathode ray tubes described in patent applications JP-A-59-090343 and EP-A-033245, which have dynamic electrodes that operate with potentials in the order of several hundred volts. As described in patent application EP-A-0319328, it is known in simple arrangements without such focusing anodes that a high potential of the first anode reduces the focusing point, which leads to undesirable changes in the focus.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Hochleistungs-Kathodenstrahlröhre vorzuschlagen, die eine Fokussierungslinse mit niedriger Aberration enthält und eine Elektrode aufweist, die auf einem ausreichend niedrigen Potential gehalten wird, um eine hohe Frequenzdynamik zu ermöglichen, und bei der das ihr zugeführte Fokussierungssignal durch leicht zugängliche und preiswerte Mittel erzeugt wird, z. B. durch ein Hochspannungs-FET. Die Erfinder stellten fest, daß dies vorzugsweise dadurch erreicht wird, daß die erste Anode hinter dem Gitter mit einer Spannung arbeitet, die wesentlich höher ist als das Kathode/Gitter- Potential und daß die Endanode mit einem Potential arbeitet, das wesentlich höher als das Potential der ersten Elektrode ist.The object of the present invention is to propose a high performance cathode ray tube which contains a low aberration focusing lens and has an electrode which is kept at a sufficiently low potential to enable a high frequency dynamic and in which the focusing signal supplied to it is generated by easily accessible and inexpensive means, e.g. by a high voltage FET. The inventors found that this is preferably achieved by having the first anode behind the grid operating at a voltage which is significantly higher than the cathode/grid potential and by having the final anode operating at a potential which is significantly higher than the potential of the first electrode.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht eine Kathodenstrahlröhreneinrichtung aus: einer Kathode (K) zum Ausstrahlen eines Elektronenstrahls, einem Gitter (G) zur Steuerung der Intensität des Strahls, einer ersten Anode (A1), die unmittelbar hinter dem Gitter (G) angeordnet ist, einer statischen Fokussierungselektrode (A3) und einer End anode (A4), deren Potential im Betrieb mindestens um 5 kV höher ist als das Potential der ersten Anode, wobei die Potentialdifferenz zwischen Gitter und erster Anode im Betrieb mindestens dem Zwanzigfachen des Modulationsbereichs des Gitterpotentials entspricht, und wobei die statische Fokussierungselektrode Mittel zur Änderung ihres Potentials im Betrieb aufweist, um den Strahl zur Erzeugung eines Punktes auf einem Bildschirm (A3) zu fokussieren, und wobei die Kathodenstrahlröhre außerdem eine dynamische Fokussierungselektrode (A2) aufweist, die an einem Potential gehalten wird, das gegenüber dem Kathoden- oder Gitterpotential im Bereich eines Hochspannungs-FET liegt.According to the present invention, a cathode ray tube device comprises: a cathode (K) for emitting an electron beam, a grid (G) for controlling the intensity of the beam, a first anode (A1) arranged immediately behind the grid (G), a static focusing electrode (A3) and an end anode (A4) whose potential in operation is at least 5 kV higher than the potential of the first anode, the potential difference between the grid and the first anode in operation being at least twenty times the modulation range of the grid potential, and the static focusing electrode having means for changing its potential in operation to focus the beam to produce a spot on a screen (A3), and the cathode ray tube further comprising a dynamic focusing electrode (A2) maintained at a potential which is in the range of a high voltage FET with respect to the cathode or grid potential.

Eines der Potentiale des Gitters oder der Kathode wird gewöhnlich auf dem Wert des Erdpotentials gehalten. Da die dynamische Fokussierungselektrode innerhalb des Spannungsbereichs eines Hochspannungs-FET gehalten wird, d. h. im Bereich von weniger hundert Volt im Vergleich mit dem typischen Potential der anderen Anoden in der Größenordnung von einigen tausend Volt, so ist es relativ problemlos, ein Hochfrequenzsignal der dynamischen Fokussierungselektrode zuzuführen, wie es für die Steuerung der dynamischen Fokussierung erforderlich ist.One of the potentials of the grid or cathode is usually kept at the value of the ground potential. Since the dynamic focusing electrode is kept within the voltage range of a high voltage FET, i.e. in the range of a few hundred volts compared to the typical potential of the other anodes in the order of a few thousand volts, it is relatively easy to supply a high frequency signal to the dynamic focusing electrode, as is required for controlling the dynamic focusing.

Die dynamische Fokussierungselektrode weist vorzugsweise die Gestalt eines Rings auf, dessen Durchmesser dem der benachbarten Anoden ähnlich ist und dessen axiale Länge im Vergleich mit seinem Durchmesser kurz ist; wenn die Elektrode sich in der Axialrichtung zu weit erstreckt, dann kann eine Elektronenbahn die Fokussierung des Strahls entlang des Abstands zum Bildschirm verhindern, so daß innerhalb des Elektronenstrahls ein Potentialabfall eintreten kann, der unerwünschte Abberationswerte zur Folge hat.The dynamic focusing electrode preferably has the shape of a ring, the diameter of which is similar to that of the adjacent anodes and the axial length of which is short in comparison with its diameter; if the electrode extends too far in the axial direction, then an electron trajectory may prevent the focusing of the beam along the distance to the screen, so that a potential drop may occur within the electron beam, resulting in undesirable aberration values.

Die Röhre kann Mittel zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals zur dynamischen Fokussierungselektrode aufweisen, die eine Einrichtung zur schnellen Fokussierungssteuerung bilden.The tube may comprise means for supplying a high frequency signal to the dynamic focusing electrode, which forms a device for rapid focusing control.

Ein solches der dynamischen Fokussierungselektrode zugeführtes Hochfrequenzsignal kann als Funktion der Position des Punktes auf dem Bildschirm gestaltet werden. Bei einer Ausführung der Erfindung kann dies durch Mittel erreicht werden, die mit Mitteln zum Erzeugen des Spulenstroms in der Rasterabtastung des Bildschirms synchronisiert sind oder durch diese gesteuert werden.Such a high frequency signal applied to the dynamic focusing electrode may be designed as a function of the position of the spot on the screen. In one embodiment of the invention this may be achieved by means synchronized with or controlled by means for generating the coil current in the raster scan of the screen.

Das der dynamischen Fokussierungselektrode zugeführte Signal kann auch oder alternativ durch eine Einrichtung zur Steuerung der Potentialdifferenz zwischen Gitter und Kathode gesteuert werden (gewöhnlich wird abhängig von der vorliegenden Anordnung eine Einrichtung zur Steuerung des Gitterpotentials oder des Kathodenpotentials eingesetzt, wobei das andere Potential normalerweise festgelegt ist), um die Änderung der Fokussierung mit Punkthelligkeit zu optimieren; ein Signal mit einer Frequenz der Größenordnung von einigen MHz kann erforderlich sein, um Punkthelligkeitsänderungen sowohl bezüglich der Zeit als auch bezüglich der Position auf dem Bildschirm zu berücksichtigen.The signal applied to the dynamic focusing electrode may also or alternatively be controlled by means for controlling the potential difference between the grid and the cathode (usually, depending on the arrangement involved, means for controlling the grid potential or the cathode potential are used, the other potential normally being fixed) in order to optimise the variation of focus with spot brightness; a signal with a frequency of the order of a few MHz may be required to take into account spot brightness variations both with respect to time and with respect to position on the screen.

Die dynamische Fokussierungselektrode kann in der Gestalt eines einteiligen Rings ausgebildet sein, der symmetrisch um die Achse der Kathodenstrahlröhre angeordnet ist, oder kann gemäß ihrer möglichen Verwendung aus Segmenten bestehen.The dynamic focusing electrode may be in the form of a one-piece ring arranged symmetrically around the axis of the cathode ray tube or may consist of segments according to its possible use.

Um eine dynamische Fokussierung durchzuführen genügt ein einfacher Ring oder ein kurzer Zylinder, dessen Ausführung keine Präzisionsteile benötigt und der deswegen die einfachste Lösung bezüglich der Konstruktion und der Montage darstellt.To perform dynamic focusing, a simple ring or a short cylinder is sufficient, the design of which no precision parts are required and is therefore the simplest solution in terms of construction and assembly.

Ein geteilter Zweisegmentring kann zur Bildung einer Punktwobbeleinrichtung eingesetzt werden.A split two-segment ring can be used to form a point wobble device.

Ein geteilter Viersegmentring kann einen Stigmator mit vorjustierter Orientierung oder präziser elektrostatischer zentraler Punktstrahlausrichtung bilden. Eine besondere Verwendung einer Vierelementrings findet in Verbindung mit einer Präzisions-In-line-(PIL)-Dreistrahlsystem-Farbröhre statt, die zum Erzeugen eines astigmatischen Strahlprofils tendiert, das eine Asymmetrie in der die drei Strahlsysteme beinhaltenden Ebene sowie in einer dazu senkrecht stehenden Ebene aufweist.A split four-segment ring can form a stigmator with pre-aligned orientation or precise electrostatic central spot beam alignment. A particular use of a four-element ring is in conjunction with a precision in-line (PIL) three-beam system color tube, which tends to produce an astigmatic beam profile that has asymmetry in the plane containing the three beam systems as well as in a plane perpendicular to it.

Ein geteilter Achtsegmentring kann einen elektrisch drehbaren Stigmator bilden.A split eight-segment ring can form an electrically rotatable stigmator.

Die Räume zwischen den Bestandteilen des geteilten Rings können mit einem hochohmigen leitenden Film beschichtet werden, um regelmäßige und unregelmäßige (d. h. nicht rotationssymmetrische) Ladevorgänge zu verhindern. Alternativ kann der Ring selbst oder seine Beschichtung aus einem hochohmigen Werkstoff hergestellt werden, das mit einem elektrisch leitenden Werkstoff beschichtet ist, um die Ringsegmente zu bilden.The spaces between the components of the split ring can be coated with a high-resistance conductive film to prevent regular and irregular (i.e. non-rotationally symmetric) charging processes. Alternatively, the ring itself or its coating can be made of a high-resistance material coated with an electrically conductive material to form the ring segments.

Es wird erkannt, daß durch eine geeignete Verbindung von Paaren oder mehreren Segmenten zu gemeinsamen Treiberschaltungen jede beliebige größere Anzahl von Segmentringen gebildet werden kann, um die Funktion einer geringeren Anzahl zu erfüllen. Der gleiche Effekt kann auch durch elektronische Mischung von geeigneten Eingangssignalen zu individu ellen Segmentspannungstreibern erreicht werden.It is recognized that by suitably connecting pairs or multiple segments to common driver circuits, any larger number of segment rings can be formed to perform the function of a smaller number. The same effect can also be achieved by electronically mixing suitable input signals to individual ell segment voltage drivers.

Insbesondere in Röhren, die eine Vier- oder eine Achtsegment-Ringelektrode verwenden, kann eine Einrichtung zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals zur Anode vorgesehen werden, um eine dynamische Korrektur des Astigmatismus durchzuführen; ein solches Signal ist, ähnlich wie das vorhin erwähnte Signal zur dynamischen Fokussierung, eine Funktion der Position des Punktes auf dem Bildschirm.In particular, in tubes using a four- or eight-segment ring electrode, means may be provided for supplying a high frequency signal to the anode in order to effect dynamic correction of astigmatism; such a signal, similar to the dynamic focusing signal mentioned above, is a function of the position of the spot on the screen.

Die Fokussierungselektroden sowie die Elektroden auf beiden Seiten der Fokussierungselektroden können nichtrotationssymmetrische Merkmale aufweisen, um eine Quadrupolwirkung zu gewährleisten, wie z. B. von P. W. Hawkes und E. Kasper in Principles of Electron Optics, Band 2, S. 810-813 (Academic Press, 1989) und von Klemperer und Barnett in Electron Optics, dritte Auflage, S. 221-224 (Cambridge University Press, 1971) beschrieben wurde.The focusing electrodes, as well as the electrodes on either side of the focusing electrodes, may have non-rotationally symmetric features to ensure quadrupole action, as described, for example, by P. W. Hawkes and E. Kasper in Principles of Electron Optics, Volume 2, pp. 810-813 (Academic Press, 1989) and by Klemperer and Barnett in Electron Optics, Third Edition, pp. 221-224 (Cambridge University Press, 1971).

Mehrere Ausführungen der Erfindung werden anhand von Beispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:Several embodiments of the invention are described using examples in conjunction with the drawings. In them:

Fig. 1 einen in einer axialen Ebene liegenden schematischen Schnitt durch einen Elektronenstrahlerzeuger einer Kathodenstrahlröhre nach der vorliegenden Erfindung,Fig. 1 is a schematic section in an axial plane through an electron gun of a cathode ray tube according to the present invention,

Fig. 2, 3 und 4 schematische Darstellungen von alternativen Elektronenstrahlerzeugern im Rahmen der Erfindung,Fig. 2, 3 and 4 are schematic representations of alternative electron beam generators within the scope of the invention,

Fig. 5 eine detailliertere schematische Darstellung der Elektrodenanordnung des in Fig. 2 gezeigten Elektronenstrahlerzeugers,Fig. 5 is a more detailed schematic representation of the electrode arrangement of the electron gun shown in Fig. 2,

Fig. 6 und 7 sind Schnittdarstellungen, jeweils lediglich zur Hälfte einer Achse, der in Fig. 5 gezeigten Elektrodenanordnung, die computersimulierte Äquipotentialkurven und Elektronenbahnen zeigen, wenn zwei verschiedene Potentiale an die Elektrode angelegt werden, undFig. 6 and 7 are cross-sectional views, each taken only halfway along an axis, of the electrode arrangement shown in Fig. 5, showing computer-simulated equipotential curves and electron trajectories when two different potentials are applied to the electrode, and

Fig. 8, 9 und 10 sind den Fig. 6 und 7 ähnliche Schnittdarstellungen, die die Ergebnisse von Computersimulationen von drei weiteren Ausführungen der Erfindung zeigen.Figs. 8, 9 and 10 are sectional views similar to Figs. 6 and 7 showing the results of computer simulations of three further embodiments of the invention.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist im Halsteil 1 einer Kathodenstrahlröhre zur Erzeugung und Fokussierung eines Elektronenstrahls zur Bildung eines Punkts auf einem Bildschirm 2 ein Elektronenstrahlerzeuger angeordnet. Die Röhre weist Spulen 3 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds auf, durch welches die Position des Punktes auf dem Bildschirm gesteuert wird. Der Elektronenstrahlerzeuger weist eine Kathode K, ein Gitter G und eine Fokussierungslinse auf, die eine entsprechend geformte erste Anode A1, eine kurze, dynamische Fokussierungselektrode A2, eine längere, statische Fokussierungselektrode A3 und eine weitere Anode A4 umfaßt.As shown in Fig. 1, an electron gun is arranged in the neck part 1 of a cathode ray tube for generating and focusing an electron beam to form a spot on a screen 2. The tube has coils 3 for generating an electromagnetic field, by which the position of the spot on the screen is controlled. The electron gun has a cathode K, a grid G and a focusing lens which comprising a correspondingly shaped first anode A1, a short, dynamic focusing electrode A2, a longer, static focusing electrode A3 and a further anode A4.

Dies ist die Grundausführung der Erfindung, die zur Verwendung in einer Miniaturröhre geeignet ist, bei der der innere Durchmesser der Anoden 5 mm oder weniger betragen kann. Typische Werte von Elektrodenpotentialen, die für einen Elektronenstrahlerzeuger mit innerem Durchmesser von 5 mm geeignet sind, sind:This is the basic embodiment of the invention, which is suitable for use in a miniature tube where the internal diameter of the anodes may be 5 mm or less. Typical values of electrode potentials suitable for an electron gun with an internal diameter of 5 mm are:

Example 1:

K = +5 V bis +80 V A2 = 0 VK = +5 V to +80 V A2 = 0 V

G = 0 V A3 = +8,5 kVG = 0 V A3 = +8.5 kV

A1 = +10 kV A4 = +25 kVA1 = +10kV A4 = +25kV

Eine solche Anordnung wäre für jeden der drei Elektronenstrahlerzeuger einer Präzisions-In-line-(APILä)-Farbröhre mit einem Abstand der Kathode zum Bildschirm von ca. 250 mm geeignet. Durch eine erhebliche Verlängerung des Spaltes zwischen A3 und A4 kann der Punkt im ähnlichen Abstand mit einer niedrigeren Spannung von A1, z. B. +5 kV, fokussiert werden.Such an arrangement would be suitable for each of the three electron guns of a precision in-line (APILä) color tube with a cathode-to-screen distance of about 250 mm. By significantly increasing the gap between A3 and A4, the spot can be focused at a similar distance with a lower voltage of A1, e.g. +5 kV.

Bei Anwendungen, bei denen ein kleinerer Abstand zwischen Kathode und Bildschirm erforderlich ist (z. B. eine Subminiatur-Kathodenstrahlröhre, mit Punktgröße von 20 Mikronen, Bildschirmgröße von ca. 20 mm und Röhrengesamtlänge 100 mm), würden niedrigere Potentiale verwendet werden, wobei im Bedarfsfall geeignete Anpassungen der Elektrodenlänge vorgenommen werden.In applications where a smaller distance between cathode and screen is required (e.g. a subminiature cathode ray tube, with spot size of 20 microns, screen size of approximately 20 mm and overall tube length of 100 mm), lower potentials would be used, with appropriate adjustments to the electrode length if necessary.

Die für das vorliegende und weitere Beispiele angegebenen Werte für A2 und A3 sind typische Werte, die zum Fokussieren eines bildschirmzentrierten Punktes erforderlich sind. Gewöhnlich würde ein Potentialbereich der Größenordnung von ca. weniger hundert Volt verwendet werden, damit diese Elektroden ihre Fokussierungsfunktion erfüllen können.The values of A2 and A3 given for the present and subsequent examples are typical values required to focus a screen-centered spot. Usually a potential range of the order of a few hundred volts would be used to enable these electrodes to perform their focusing function.

Eine Ausführung der Erfindung, die für die Verwendung größerer Anoden (z. B. mit einem Durchmesser von 12,2 mm) sowie auch für Miniaturausführungen und Kathodenstrahlröhren geeignet ist, die in einem breiten Höchstspannungsbereich arbeiten sollen, z. B. vom Typ Apenetronä, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Anordnung kann als eine Weiterentwicklung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung angesehen werden, die, um eine der Elektrode A3 nachgeschaltete Zweistufenbeschleunigung mit reduzierter sphärischer Abberation durchzuführen, eine zusätzliche Elektrode A5 aufweist, die zwischen A3 und der Endanode A4 angeordnet ist und mit der ersten Anode A1 gekoppelt ist. Diese Anordnung weist eine gute Abberationsleistung im breiten Bereich der Elektrodenpotentiale und der Potentialverhältnisse A4/A5 auf, wie bei Penetronröhren gewünscht ist. Typische Elektrodenpotentiale für ein +25- kV-Höchstspannungs-Potential sind nachfolgend aufgeführt:An embodiment of the invention suitable for the use of larger anodes (e.g. with a diameter of 12.2 mm) as well as for miniature versions and cathode ray tubes intended to operate in a wide ultrahigh voltage range, e.g. of the Apenetronä type, is shown in Fig. 2. The arrangement can be regarded as a further development of the arrangement shown in Fig. 1, which, in order to carry out a two-stage acceleration with reduced spherical aberration downstream of the electrode A3, has an additional electrode A5 which is arranged between A3 and the final anode A4 and is connected to the first anode A1 This arrangement has good aberration performance over the wide range of electrode potentials and potential ratios A4/A5, as desired for penetron tubes. Typical electrode potentials for a +25 kV maximum voltage potential are listed below:

Example 2:

K = 0 V A2 = 0 VK = 0 V A2 = 0 V

G = -20 V A3 = +4,3 kVG = -20 V A3 = +4.3 kV

A1 = A5 = +5 kV A4 = +25 kVA1 = A5 = +5kV A4 = +25kV

Für ein Endpotential von +10 kV in der gleichen Röhre betragen die Elektrodenpotentiale folgende Werte, wobei das A3-Potential geändert wurde, um den Punkt bei einer niedrigeren Höchstspannung zu refokussieren (A5 ist mit A1 elektrisch verbunden und bleibt bei (an) 5 kV):For a final potential of +10 kV in the same tube, the electrode potentials are as follows, with the A3 potential changed to refocus the point at a lower maximum voltage (A5 is electrically connected to A1 and remains at 5 kV):

Example 3

K = 0 V A2 = 0 VK = 0 V A2 = 0 V

G = -20 V A3 = +1,5 kVG = -20 V A3 = +1.5 kV

A1 = A5 = +5 kV A4 = +10 kVA1 = A5 = +5kV A4 = +10kV

Es sollte erwähnt werden, daß in sämtlichen Beispielen die Abkürzungen K, G, A1 usw. benutzt werden, um Elektroden zu bezeichnen, die in der Elektrodenanordnung generell die gleichen Funktionen erfüllen.It should be noted that in all examples the abbreviations K, G, A1, etc. are used to designate electrodes that generally perform the same functions in the electrode arrangement.

Eine Ausführung eines Elektronenstrahlerzeugers mit niedriger Aberration, die jedoch auch für die Verwendung bei einer Miniaturröhre geeignet ist, ist in Fig. 3 gezeigt. Bei dieser Ausführung wurde zwischen die erste Anode A1 und die dynamische Fokussierungselektrode A2 eine zusätzliche Fo kussierungselektrode A6 eingefügt, die mit der statischen Fokussierungselektrode A3 elektrisch gekoppelt ist, wobei diese Ausführung auch die mit A1 gekoppelte zusätzliche Anode A5 aufweist, die zwischen A3 und der Endanode A4 angeordnet ist.An embodiment of an electron gun with low aberration, but also suitable for use with a miniature tube, is shown in Fig. 3. In this embodiment, an additional film was placed between the first anode A1 and the dynamic focusing electrode A2. cussing electrode A6 is inserted, which is electrically coupled to the static focusing electrode A3, this embodiment also having the additional anode A5 coupled to A1, which is arranged between A3 and the end anode A4.

Typische Potentialwerte betragen:Typical potential values are:

Example 4:

K = +5 V bis +80 V A2 = 0 VK = +5 V to +80 V A2 = 0 V

G = 0 V A3 = A6 = +6,3 kVG = 0 V A3 = A6 = +6.3 kV

A1 = A5 = +10 kV A4 = +25 kVA1 = A5 = +10kV A4 = +25kV

Es sollte auch erwähnt werden, daß andere Weiterentwicklungen des Beispiels 1 möglich sind, in denen z. B. A6 verwendet wird und A5 nicht, und umgekehrt.It should also be mentioned that other developments of Example 1 are possible, in which, for example, A6 is used and A5 is not, and vice versa.

Eine Modifikation der in Fig. 3 gezeigten Ausführung ist in Fig. 4 dargestellt. Die grundlegende Elektrodenanordnung bleibt unverändert, aber zwischen der Anode A5 und der Endanode A4 ist ein großer Spalt vorgesehen, wobei das elektrische Feld im Spalt durch einen hochohmigen leitenden Film A7 gesteuert wird, der auf einem rotationssymmetrischen Ring aufgebracht ist und an seinen Enden mit A4 und A5 elektrisch verbunden ist.A modification of the embodiment shown in Fig. 3 is shown in Fig. 4. The basic electrode arrangement remains unchanged, but a large gap is provided between the anode A5 and the end anode A4, the electric field in the gap being controlled by a high-resistance conductive film A7 which is deposited on a rotationally symmetric ring and is electrically connected at its ends to A4 and A5.

Bei einer alternativen Ausführung dieser Anordnung ist ein ähnlicher hochohmiger Film auf einem Teil einer für A5 und/oder A4 vorgesehenen Trägerkonstruktion aufgebracht, wobei der Film an seinen Enden wie im oben erwähnten Beispiel mit A4 und A5 elektrisch verbunden ist.In an alternative embodiment of this arrangement, a similar high-resistance film is applied to a portion of a support structure intended for A5 and/or A4, the film being electrically connected at its ends to A4 and A5 as in the example mentioned above.

Im einfachen Fall ändert sich die Spannung im leitenden Film linear mit der axialen Position, so daß zwischen A5 und A4 ein weitgehend homogenes elektrisches Feld existiert; es sind jedoch auch andere Anordnungen möglich, bei denen ein nicht homogenes Feld entsteht.In the simple case, the voltage in the conductive Film linearly with the axial position, so that a largely homogeneous electric field exists between A5 and A4; however, other arrangements are also possible in which a non-homogeneous field is created.

Dieses Merkmal ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Potentialdifferenz zwischen der Endanode und den anderen Elektroden besonders hoch ist. Typische Werte des Elektrodenpotentials bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführung sind wie folgt:This feature is particularly advantageous when the potential difference between the final anode and the other electrodes is particularly high. Typical values of the electrode potential in the embodiment shown in Fig. 4 are as follows:

Example 5:

K = 0 V A2 = 0 VK = 0 V A2 = 0 V

G = -20 V A3 = A6 = + 3,4 kVG = -20 V A3 = A6 = + 3.4 kV

A1 = A5 = +5 kV A4 = +25 kVA1 = A5 = +5kV A4 = +25kV

In diesem Beispiel ist das Potential der Kathode mit 0 V angegeben. Bei sämtlichen dargestellten Ausführungen ist es im wesentlichen eine Ermessenssache, ob die Kathode oder das Gitter G am oder in der Nähe des Erdpotentials gehalten wird. Die Spannung zwischen Gitter und Kathode kann jedenfalls im Vergleich mit der Spannung zwischen Gitter und erster Anode sehr niedrig sein, wobei bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung die Spannung zwischen Gitter und erster Anode in einem Fall mindestens das Zwanzigfache und in einem anderen Fall mindestens das Fünfzigfache des Modulationsbereichs der Gitterspannung beträgt, um Änderungen der Position des Fokussierungspunktes in Abhängigkeit von der Gittermodulationsspannung zu minimieren.In this example, the potential of the cathode is given as 0 V. In all the embodiments shown, it is essentially a matter of discretion whether the cathode or the grid G is kept at or near ground potential. In any case, the voltage between the grid and the cathode can be very low compared to the voltage between the grid and the first anode, and in preferred embodiments of the invention the voltage between the grid and the first anode is in one case at least twenty times and in another case at least fifty times the modulation range of the grid voltage in order to minimize changes in the position of the focusing point as a function of the grid modulation voltage.

Bei einer anderen Anordnung ist zwischen A5 und A4 eine separate Beschleunigungselektrode A8 angeordnet, die an einem Potential gehalten wird, dessen Wert zwischen dem Potential von A5 und dem von A4 liegt. Typische Potentialwerte der Elektroden bei dieser Anordnung sind:In another arrangement, a separate acceleration electrode A8 is arranged between A5 and A4, which is connected to a Potential is maintained at a value between the potential of A5 and A4. Typical potential values of the electrodes in this arrangement are:

Example 6:

K = 0 V A2 = 0 VK = 0 V A2 = 0 V

G = - 2 0 V A3 = AG = +4, 4 kVG = - 2 0 V A3 = AG = +4.4 kV

A1 = A5 = +6,25 kV A4 = +25 kVA1 = A5 = +6.25 kV A4 = +25 kV

A8 = +12,5 kVA8 = +12.5kV

Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die separate Elektrode eine separate Spannungsquelle benötigt, die einfach durch eine Abzweigung des Höchstspannungstransformators oder einen Spannungsteiler der Energiequelle für A4 gebildet ist.A disadvantage of this arrangement is that the separate electrode requires a separate voltage source, which is simply formed by a branch of the high voltage transformer or a voltage divider of the energy source for A4.

Die einzelnen Abmessungen der verschiedenen Ausführungen und die damit erzielte Leistung werden nun im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben, die in schematischer detaillierterer Darstellung die in Fig. 2 gezeigte Elektrodenanordnung zeigt, mit Fig. 6 und 7, die die Verwendung der in Fig. 2 gezeigten Anordnung bei den Beispielen 2 und 3 darstellen, und mit Fig. 8, 9 und 10, die die Ausführungen der Beispiele 4, 5 und 6 darstellen.The individual dimensions of the various designs and the performance achieved thereby will now be described in connection with Fig. 5, which shows in more detailed schematic representation the electrode arrangement shown in Fig. 2, Figs. 6 and 7, which show the use of the arrangement shown in Fig. 2 in Examples 2 and 3, and with Figs. 8, 9 and 10, which show the designs of Examples 4, 5 and 6.

Fig. 6 bis 10 zeigen die Anoden und computersimulierte Äquipotentiallinien in 1-kV-Intervallen und Elektronenbahnen für Elektronen, die unter mehreren verschiedenen gleichbeabstandeten Winkeln vom Emissionsbereich (hier gezeichnet von einer Punktquelle und berechnet zur Abschätzung der Aberration der Hilfslinse) zerstreut werden, in allen Fällen nur auf einer Seite der Achse.Figs. 6 to 10 show the anodes and computer-simulated equipotential lines at 1 kV intervals and electron trajectories for electrons scattered at several different equidistant angles from the emission region (here drawn from a point source and calculated to estimate the auxiliary lens aberration), in all cases only on one side of the axis.

In Fig. 5 ist ein Elektronenstrahlerzeuger gezeigt, der aus einer Kathode K, einem Gitter G, das in kurzem Abstand vor der Emissionsoberfläche der Kathode angeordnet ist, sowie einer ersten Anode A1 besteht, die einen im wesentlichen zylindrischen Hauptkörper 2 aufweist, der zwei Umlenkplatten 3 und 4 trägt. Die Aufgabe der ersten Umlenkplatte 3 ist die Erzeugung des Anodenpotentials in der Nähe der Achse beim gewünschten Abstand zwischen Gitter und Anode und somit die Erzeugung eines Feldes zwischen Gitter und Anode, während die zweite Umlenkplatte 4 eine kleine Öffnung zur gewöhnlichen Strahlbegrenzung darstellt (obwohl die Umlenkplatte 4 normalerweise bei Farbröhren mit drei Elektronenstrahlerzeugern weggelassen würde). Im dargestellten Beispiel erstreckt sich A1 in axialer Richtung 10 mm hinter die erste Umlenkplatte 3 und ihr Innendurchmesser beträgt wie bei den anderen Anoden 12,2 mm.In Fig. 5 an electron gun is shown which consists of a cathode K, a grid G arranged a short distance in front of the emission surface of the cathode, and a first anode A1 which has a substantially cylindrical main body 2 which carries two deflection plates 3 and 4. The task of the first deflection plate 3 is to generate the anode potential near the axis at the desired distance between grid and anode and thus to generate a field between grid and anode, while the second deflection plate 4 represents a small opening for the usual beam limitation (although the deflection plate 4 would normally be omitted in color tubes with three electron guns). In the example shown, A1 extends 10 mm in the axial direction behind the first deflection plate 3 and its inner diameter is 12.2 mm, as with the other anodes.

Die Anordnung umfaßt auch vier weitere Elektroden, die in axialer Richtung durch je einen Spalt von ca. 1,5 mm voneinander getrennt sind und die durch eine dynamische Fokussierungselektrode A2, die 2 mm lang ist, eine statische Fokussierungselektrode A3, die 8 mm lang ist, eine zweite Anode A5, die 3 mm lang ist und eine Endanode A4 gebildet sind. Die Endanode A4 ist mit einer Umlenkplatte 5 versehen, deren Aufgabe darin besteht, eine Sprühöffnung zu bilden, d. h., die Anzahl von Streuelektronen, die den Bildschirm erreichen, zu reduzieren und somit den Kontrast zu verbessern.The arrangement also comprises four further electrodes which are separated from one another in the axial direction by a gap of approximately 1.5 mm each and which are formed by a dynamic focusing electrode A2 which is 2 mm long, a static focusing electrode A3 which is 8 mm long, a second anode A5 which is 3 mm long and an end anode A4. The end anode A4 is provided with a deflection plate 5 whose task is to form a spray opening, i.e. to reduce the number of scattered electrons which reach the screen and thus to improve the contrast.

Die Elektroden können typischerweise durch bearbeitete Zylinder gebildet werden, deren Wanddicke in der Größenordnung von 1 mm liegt oder, beispielsweise bei einer Farbröhre, können, wie üblich, drei In-line-Baugruppen aus vorge fertigten Teilen hergestellt werden. Obwohl in der Zeichnung quadratische Ausführungen dargestellt sind, sind die Elektroden gewöhnlich poliert und mit Radien versehen, um die Feldbeanspruchung an den metallischen Oberflächen zu reduzieren. Die Äquipotentialverteilung wird primär durch die Elektrodenpotentiale, deren -Innendurchmesser und -länge, gemessen zwischen den Mittelpunkten der Spalte, gesteuert, wobei die Spaltenlänge lediglich einen sekundären Effekt hat.The electrodes can typically be formed by machined cylinders with a wall thickness of the order of 1 mm or, for example in the case of a paint tube, three in-line assemblies of pre-machined manufactured parts. Although square designs are shown in the drawing, the electrodes are usually polished and radiused to reduce field stress on the metallic surfaces. The equipotential distribution is controlled primarily by the electrode potentials, their inner diameter and length measured between the gap centers, with the gap length having only a secondary effect.

In Fig. 6 und 7 wurden den in Fig. 5 dargestellten Elektroden die in den oben erwähnten Beispielen angegebenen Werte zugeordnet. Die Änderung des Potentialfeldes innerhalb der Anodenanordnung, die durch die Verwendung der eher schmalen, mit Erde verbundenen A2 verursacht wird, ist klar: Das Potential zwischen der Zone A1 und der Zone A3 wird durch A2 reduziert, die die einleitende Fokussierungswirkung einer Fünf-Elektroden-Linse ausübt.In Fig. 6 and 7, the values given in the examples mentioned above have been assigned to the electrodes shown in Fig. 5. The change in the potential field within the anode assembly caused by the use of the rather narrow A2 connected to ground is clear: the potential between zone A1 and zone A3 is reduced by A2, which exerts the initial focusing effect of a five-electrode lens.

In den in Fig. 8 bis 10 gezeigten Beispielen ist der gleiche Effekt ersichtlich. Die Anwesenheit einer schmalen, am Erdpotential gehaltenen A2 zwischen A6 und A3, deren Potential gleich ist und die seitlich von A2 angeordnet sind, gewährleistet die einleitende Fokussierungwirkung, die einfach zu steuern ist.In the examples shown in Fig. 8 to 10 the same effect is evident. The presence of a narrow A2 held at earth potential between A6 and A3, which are at the same potential and are located laterally of A2, ensures the initial focusing effect which is easy to control.

In sämtlichen dargestellten Beispielen ist die gute Aberration, zumindest im Hinblick auf die sphärische Aberration eines einachsigen Punktes, durch fast gleichmäßige Abstände und Verjüngung der Elektronenbahnen in der Nähe der in der Zeichnung rechts dargestellten Kante (in Richtung auf die nächste Annäherung an einen einzigen Punkt auf dem Bildschirm) gekennzeichnet.In all the examples presented, the good aberration, at least with respect to the spherical aberration of a uniaxial point, is characterized by almost uniform spacing and tapering of the electron trajectories near the edge shown in the drawing on the right (towards the closest approach to a single point on the screen).

Claims

1. Cathode ray tube device comprising: a cathode (K) for emitting an electron beam, a grid (G) for controlling the intensity of the beam, a first anode (A1) arranged immediately behind the grid (G), a static focusing electrode (A3) and an end anode (A4), the potential of which in operation is at least 5 kV higher than the potential of the first anode, characterized in that the potential difference between the grid and the first anode in operation corresponds to at least twenty times the modulation range of the grid potential, the static focusing electrode having means for changing its potential in operation in order to focus the beam to produce a point on a screen (A3), and the cathode ray tube also having a dynamic focusing electrode (A2) which is held at a potential which is in the range of a high-voltage FET.

2. Cathode ray tube according to claim 1, characterized in that the static focusing electrode (A3) is arranged between the first anode (A1) and the final anode (A4) and its potential is substantially equal to or lower than the potential of the first electrode (A1).

3. Cathode ray tube according to claim 2, characterized in that the dynamic focusing electrode (A2) is arranged between the first anode (A1) and the static focusing electrode (A3) and has an additional anode (A6) whose potential is lower than the potential of the first anode and which is arranged between the end anode and the dynamic focusing electrode (A2).

4. Cathode ray tube according to claim 3, characterized in that the first additional anode (A6) and the static focusing electrode (A3) are kept at the same potential.

5. Cathode ray tube according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the dynamic focusing electrode (A2) is arranged between the first anode (A1) and the static focusing electrode (A3) and that a second additional anode (A5) is arranged between the static focusing electrode and the final anode, the potential of which is higher than the potential of the static focusing electrode and lower than the potential of the final anode (A4).

6. Cathode ray tube according to claim 5, characterized in that one or more additional anodes are provided, the potentials of which decrease monotonically from the first anode (A1) to the dynamic electrode (A2) and/or increase monotonically from the dynamic focusing electrode (A2) to the final anode (A4).

7. Cathode ray tube according to claim 5 or 6, characterized in that the second additional anode (A5) and the first anode (A1) are kept at the same potential.

8. Cathode ray tube according to claims 5 to 7, characterized in that a conductive film with high resistance is applied to a rotationally symmetrical ring (A7) which is arranged in the region of an enlarged gap between the second additional electrode (A5) and the final anode (A4), the film being electrically connected at its ends to the electrode and the anode.

9. Cathode ray tube according to claims 5 to 7, characterized in that a conductive film with high resistance is applied to a part of a carrier part provided for the second additional electrode and/or the final anode in the region of an enlarged gap between the electrode and the anode, the film being electrically connected at its ends to the electrode and the anode.

10. Cathode ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that the axial length of the dynamic focusing electrode (A2) is substantially smaller than the axial length of the static focusing electrode (A3).

11. Cathode ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that the axial length of the dynamic focusing electrode (A2) is substantially smaller than its radius.

12. Cathode ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that means are provided for supplying a high frequency signal to the dynamic focusing electrode, which form means for rapid focusing control.

13. Cathode ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that the dynamic focusing electrode (A2) has a plurality of segments arranged on the circumference and is provided with means for supplying individual high-frequency signals to each of the segments.

14. Cathode ray tube according to claim 13, characterized in that the spaces between the segments are covered with an applied conductive film with high resistance in order to prevent uniform and uneven charging processes.

15. Cathode ray tube according to claim 14, characterized in that the dynamic focusing electrode or a coating applied thereto consists of a high-resistance material and is coated with a conductive material to form the segments.

16. Cathode ray tube according to one of claims 2 to 15 characterized in that means are provided for changing the high frequency signal to be supplied to the dynamic focusing electrode as a function of the position of the point on the screen.

17. Cathode ray tube according to one of claims 2 to 16 characterized in that means are provided for changing the high frequency signal to be supplied to the dynamic focusing electrode as a function of the potential difference between grid and cathode.

18. Cathode ray tube according to one of the preceding Claims characterized in that the dynamic focusing electrode and at least one adjacently arranged electrode are not rotationally symmetrical in order to ensure a quadrupole effect.